EP1704271B1 - Verwendung einer cellulosischen faser der gattung lyocell - Google Patents

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EP1704271B1
EP1704271B1 EP04802004A EP04802004A EP1704271B1 EP 1704271 B1 EP1704271 B1 EP 1704271B1 EP 04802004 A EP04802004 A EP 04802004A EP 04802004 A EP04802004 A EP 04802004A EP 1704271 B1 EP1704271 B1 EP 1704271B1
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fiber
lyocell
dtex
ratio
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Johann Männer
Heinrich Firgo
Christoph Schrempf
Dieter Eichinger
Franz DÜRNBERGER
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Lenzing AG
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Lenzing AG
Chemiefaser Lenzing AG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2927—Rod, strand, filament or fiber including structurally defined particulate matter

Definitions

  • the present invention relates to the use of a cellulosic fiber of the genus Lyocell.
  • Fibers of the genus Lyocell are made by a solvent spinning process in which the cellulose is dissolved directly in an organic solvent without formation of a derivative and the solution is spun. Such fibers are also called “solvent spun” fibers.
  • “Lyocell” is the generic name given by BISFA (The International Bureau for the Standardization of Man Made Fibers) for cellulosic fibers which are prepared by dissolving cellulose in an organic solvent without formation of a derivative and from this solution fibers by means of drying Wet-spinning process or a melt-blown process are extruded.
  • An organic solvent is understood as meaning a mixture of an organic chemical and water. The organic solvent used today is N-methyl-morpholine-N-oxide on a commercial scale.
  • Lyocell fibers are characterized by high strength, high wet modulus and high loop strength.
  • the EP 0 494 851 describes a process for the production of lyocell fibers in which the draft (the ratio of yarn withdrawal speed divided by nozzle hole exit velocity) is at most 1 or in particular less than 1.
  • Conventional fibers of the genus Lyocell have a ratio V of the strength of the fiber in the conditioned state FFk for fiber elongation in the conditioned state Fdk (measured and calculated according to the methods described in more detail below) of well over 2.2.
  • the present invention relates to the use of a fiber of the genus Lyocell in carpets, textile floor coverings, wall coverings and / or decorative materials, wherein the ratio V of the strength of the fiber in conditioned state FFk for fiber elongation in the conditioned state Fdk is 2.2 or less, and wherein the fiber has a denier of 6 dtex to 25 dtex.
  • the ratio V is 2.0 or less, more preferably 1.8 or less. Further preferably, the ratio V should not be less than 1.
  • the titre of the fiber depends in particular on the take-off speed or on the ratio of the take-off speed to the speed with which the spinning solution emerges from the spinneret.
  • the fiber used in the invention is preferably in the form of a staple fiber.
  • Fibers used according to the invention are preferably produced by a process in which the distortion assumes a value of greater than 1.
  • the fiber used in the invention in particular at a higher denier of 12 dtex, 15 dtex or more, is outstandingly suitable for use in carpets, textile floor coverings, wall coverings and / or decorative materials.
  • the rugs on the market today are mainly made from the synthetic fibers polyamide and polypropylene, and from wool. Mixtures of wool with polyamide and polypropylene are also used. Fibers such as polyacrylonitrile, polyester and cotton play a minor role.
  • carpets are subject to different requirements. In comparison to smooth floors, carpets are used because of the higher comfort of living. For low-stress areas, mostly velor carpets are used after the tufting process. For areas with higher mechanical stress loop or felt rugs are used.
  • tufted carpets with excellent mechanical properties can be produced from lyocell fibers having a higher titer of, for example, 15 dtex, especially in combination with synthetic fibers.
  • Carpets of lyocell fibers have inherently antistatic properties over carpets of synthetic fibers and / or wool.
  • the voltage in the mentioned normalized passing tests is in the range of less than 1 kV.
  • Lyocell fibers are not attacked by moths and therefore do not require additional equipment. Lyocell fibers can be dyed with the techniques known per se for cellulosic fibers and therefore allow a variety of color variations.
  • the respective fiber strength in the conditioned state FFk (cN / tex) and the fiber elongation in conditioned state FDk (%) were determined according to the "testing methods viscose, modal, lyocell and acetate staple fibers and tows" published by BISFA.
  • the ratio V was determined by dividing FFk (cN / tex) by FDk (%).
  • Table 2 illustrates the high flexural stiffness of fibers of the genus Lyocell versus viscose fibers.
  • the determination of the bending stiffness is carried out according to a method developed by the applicant.
  • the measured value is given as the titer-related ratio of the gradient from force to displacement over a linear measuring range.
  • a conditioned fiber is clamped horizontally in a clamping bar and cut with a device exactly on 5mm length.
  • the clamping bar is moved upwards via an electric drive at a constant speed.
  • the fiber is pressed against a sensor plate, which is adapted to a force transducer. The stiffer a fiber is, the higher the measured force.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer cellulosischen Faser der Gattung Lyocell.
  • Fasern der Gattung Lyocell werden durch ein Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt, bei welchem die Cellulose direkt ohne Ausbildung eines Derivates in einem organischen Lösungsmittel gelöst und die Lösung versponnen wird. Solche Fasern haben auch den Namen "lösungsmittelgesponnene" Fasern. "Lyocell" ist der von der BISFA (The International Bureau for the Standardization of man made fibers) vergebene Gattungsnamen für Cellulosefasern, welche dadurch hergestellt werden, daß Cellulose ohne Ausbildung eines Derivates in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst wird und aus dieser Lösung Fasern mittels eines Trocken-Naß-Spinnverfahrens oder eines Melt-Blown-Verfahrens extrudiert werden. Unter einem organischen Lösungsmittel wird dabei ein Gemisch aus einer organischen Chemikalie und Wasser verstanden. Als organisches Lösungsmittel wird heute in kommerziellem Maßstab N-Methyl-Morpholin-N-Oxid eingesetzt.
  • Die Lösung der Cellulose wird in diesem Verfahren üblicherweise mittels eines Formwerkzeuges extrudiert und dabei ausgeformt. Die ausgeformte Lösung gelangt über einen Luftspalt in ein Fällbad, wo durch Ausfällen der Lösung der Formkörper erhalten wird. Der Formkörper wird gewaschen und ggf. nach weiteren Behandlungsschritten getrocknet. Ein Verfahren zur Herstellung von Lyocellfasern ist z.B. in der US-A 4,246,221 beschrieben. Lyocellfasern zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, einen hohen Naßmodul und durch eine hohe Schlingenfestigkeit aus.
  • In einer Publikation "Lyocell - eine vielseitige cellulosische Faser" in Lenzinger Berichte 75/96 wird ohne nähere Angaben erwähnt, daß Teppiche und Teppichrücken eine Anwendungsmöglichkeit von Lyocellfasern darstellen.
  • In einem Vortrag von W. Feilmair et al. "Funktionalität von Lenzing Lyocell® in Heimtextilien" beim 5. Internationalen Symposium "Alternative Cellulose - Herstellen, Verfahren, Eigenschaften" in Rudolstadt 2002 wird eine Faser der Gattung Lyocell mit einem Titer von 6,7 dtex und einer Schnittlänge von 60 mm beschrieben.
  • Die EP 0 494 851 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Lyocellfasern, bei welchem der Verzug (Das Verhältnis von Fadenabzugsgeschwindigkeit dividiert durch Düsenlochaustrittsgeschwindigkeit) höchstens 1 bzw. insbesondere kleiner als 1 ist.
  • Herkömmliche Fasern der Gattung Lyocell weisen ein Verhältnis V der Festigkeit der Faser in konditioniertem Zustand FFk zur Faserdehnung in konditioniertem Zustand Fdk (gemessen und berechnet nach den unten näher beschriebenen Methoden) von deutlich über 2,2 auf.
  • Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, eine Lyocell-Faser zur Verfügung zu stellen, deren Verhältnis V der Festigkeit der Faser in konditioniertem Zustand FFk zur Faserdehnung in konditioniertem Zustand Fdk unterhalb von 2,2 liegt.
  • Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Faser der Gattung Lyocell in Teppichen, textilen Bodenbelägen, Wandbelägen und/oder Dekormaterialien, wobei das Verhältnis V der Festigkeit der Faser in konditioniertem Zustand FFk zur Faserdehnung in konditioniertem Zustand Fdk 2,2 oder weniger beträgt und wobei die Faser einen Titer von 6 dtex bis 25 dtex aufweist.
  • Bevorzugt beträgt das Verhältnis V 2,0 oder weniger, besonders bevorzugt 1,8 oder weniger. Weiters bevorzugt soll das Verhältnis V nicht weniger als 1 betragen.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen FFk und Fdk insbesondere bei der Herstellung von Lyocell-Fasern mit einem höheren Titer erreichbar ist.
  • Dem Fachmann ist bekannt, daß der Titer der Faser insbesondere von der Abzugsgeschwindigkeit bzw. vom Verhältnis der Abzugsgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit, mit welcher die Spinnlösung aus der Spinndüse austritt, abhängt.
  • Es wurde nun gefunden, daß bei der Herstellung von Fasern mit einem höheren Titer ein Abnehmen des Verhältnisses von FFk und FdK mit steigendem Titer beobachtet wird. Dieser Effekt wird insbesondere ab einem Titer von 6 dtex deutlich. Besonders niedrige Verhältnisse V lassen sich bei der Herstellung von Fasern mit einem Titer von 7 dtex oder mehr, insbesondere 12 dtex oder mehr und bevorzugt 15 dtex oder mehr erzielen.
  • Die erfindungsgemäß verwendete Faser liegt bevorzugt in Form einer Stapelfaser vor.
  • Erfindungsgemäß verwendete Fasern werden bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, bei welchem der Verzug einen Wert von größer als 1 annimmt.
  • Es wurde gefunden, daß sich die erfindungsgemäß verwendete Faser, insbesondere bei einem höheren Titer von 12 dtex, 15 dtex oder mehr hervorragend zur Anwendung in Teppichen, textilen Bodenbelägen, Wandbelägen und/oder Dekormaterialien eignet.
  • Die heute am Markt befindlichen Teppiche werden zum Großteil aus den Synthesefasern Polyamid und Polypropylen, und aus Wolle hergestellt. Es werden auch Mischungen aus Wolle mit Polyamid und Polypropylen verwendet. Fasern wie Polyacrylnitril, Polyester und Baumwolle spielen eine untergeordnete Rolle.
  • Bis in die Mitte der 60er-Jahre wurden neben Baumwolle auch Viskosefasern mit einem höheren Titer (z.B. 17 dtex) für Teppiche verwendet. Durch die Entwicklung der Synthesefasern und deren Vorteile hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit wurde die Viskosefaser aus diesem Bereich aber zur Gänze verdrängt.
  • An Teppiche werden unterschiedliche Anforderungen gestellt. Im Vergleich zu glatten Böden werden Teppiche wegen des höheren Wohnkomforts verwendet. Für Bereiche mit geringerer Beanspruchung werden meistens Velour-Teppiche nach dem Tufting-Verfahren verwendet. Für Bereiche mit höherer mechanischer Beanspruchung werden Schlingen- oder Filzteppiche verwendet.
  • Nachteil der Synthesefasern und von Wolle ist deren elektrostatische Aufladung. Bei normierten Begehtests werden Spannungen von 7-9 kV gemessen. Erst durch entsprechende Maßnahmen, wie z.B. eine Ausrüstung der Fasern mit Antistatika oder das Einbinden von leitfähigen Fasern in die Teppichkonstruktion kann eine antistatische Wirkung erreicht werden und die Spannung beim Begehtest unter 3 kV reduziert werden. Bei Wolle tritt als weiteres Problem der Befall durch Motten auf, der das Behandeln der Teppiche mit toxischen Insektiziden notwendig macht. Polypropylen hat als Material für Teppiche wiederum den Nachteil, daß die Faser nicht anfärbbar und bedruckbar ist, und dadurch nur eine beschränkte Farbpalette durch Spinnfärbung erreichbar ist.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich aus Lyocellfasern mit einem höheren Titer von z.B. 15 dtex vor allem in Kombination mit Synthesefasern Tuftingteppiche mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herstellen lassen. Teppiche aus Lyocellfasern weisen gegenüber Teppichen aus Synthetikfasern und/oder Wolle ein von Natur aus antistatisches Verhalten auf. Die Spannung bei den erwähnten normierten Begehtests liegt im Bereich von weniger als 1 kV.
  • Im Vergleich zu Wolle werden Lyocellfasern nicht von Motten befallen und müssen daher nicht zusätzlich ausgerüstet werden. Lyocellfasern lassen sich mit den an sich für Cellulosefasern bekannten Techniken färben und ermöglichen daher vielfältige Farbvariationen.
  • Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft von Lyocelfasern mit einem höheren Titer und einem ausgeglichenen Verhältnis V liegt in der höheren Biegesteifigkeit im Vergleich zu anderen Cellulosefasern wie z.B. Viskose.
    • Beispiele
  • In einer kontinuierlich arbeitenden Pilotanlage zur Herstellung von Cellulosefasern der Gattung Lyocell wurde eine Celluloselösung mit einem Cellulosegehalt von ca. 13% (Hersteller des Zellstoffes: Fa. Bacell) in an sich bekannter Weise durch Düsen versponnen und der Endtiter der Fasern durch die Einstellung des Verzugsverhältnisses (= Fadenabzugsgeschwindigkeit / Düsenlochaustrittsgeschwindigkeit jeweils in m/min) verändert.
  • Zur Herstellung von Fasern mit einem Titer bis ca. 3,25 wurde durch Düsenlöcher mit einem Durchmesser von 100 µm versponnen; zur Herstellung von Fasern mit einem höheren Titer wurde durch Düsenlöcher mit einem Durchmesser von 160 µm versponnen.
  • Von den erhaltenen Fasern wurde jeweils die Faserfestigkeit in konditioniertem Zustand FFk (cN/tex) sowie die Faserdehnung in konditioniertem Zustand FDk (%) gemäß den von der BISFA veröffentlichten "Testing methods viscose, modal, lyocell and acetate staple fibres and tows" ermittelt.
  • Aus den so ermittelten Werten für FFk und FDk wurde durch Division FFk (cN/tex) durch FDk (%) das Verhältnis V bestimmt.
  • Die folgende Tabelle 1 enthält die Zusammenfassung der Versuchsparameter und der erhaltenen Ergebnisse. Tabelle 1
    Spinnmasse Cellulose (%) Durchmesser Düse [µm] Verzugsverhältnis Titer (dtex) FFk (cN/tex) FDk (%) FFk absolut (cN/tex* dtex) Verhältnis V(FFk/FDk)
    12,0 100 17 0,92 45,7 16,6 42 2,75
    13,0 100 13 1,30 41 15,2 53 2,70
    13,0 100 9 1,71 37,6 14,8 64 2,54
    13,5 100 5 3,17 33,8 12,6 107 2,68
    13,0 160 13 3,25 37,5 12,8 122 2,93
    13,5 160 7 5,73 29,1 11,4 167 2,55
    13,7 160 2,7 13,00 30,8 14,3 400 2,15
    13,5 160 2,6 15,70 27,6 14 433 1,97
    13,5 160 2,1 17,20 31,2 15,1 537 2,07
    13,5 160 1,8 19,20 30,6 16,7 588 1,83
  • Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, daß ab einem Titer von 6 dtex das Verhältnis V Werte von 2,2 oder weniger annimmt.
  • Dies wird insbesondere auch aus der Figur 1 ersichtlich, in welcher die Ergebnisse gemäß Tabelle 1 grafisch dargestellt sind.
  • Ein Grund für den Abfall des Verhältnisses V bei höheren Titern der Faser könnte darin liegen, daß die ermittelte Faserdehnung der Fasern bis zu einem Titer von ca. 6 dtex praktisch linear abnimmt, bei höheren Titern allerdings steigt.
  • Dies ist in der Figur 2 illustriert, in welcher die absolute Faserfestigkeit "FFk absolut" (FFk mal jeweiligem Fasertiter) und die Faserdehnung FDk gegen den Fasertiter aufgetragen sind. Während die absolute Faserfestigkeit linear mit steigendem Titer ansteigt, nimmt die Faserdehnung zunächst mit steigendem Titer ab, um bei höheren Titern wieder anzusteigen.
  • Tabelle 2 illustriert die hohe Biegesteifigkeit von Fasern der Gattung Lyocell gegenüber Viskosefasern.
  • Die Ermittlung der Biegesteifigkeit erfolgt nach einer von der Anmelderin entwickelten Methode. Der Messwert wird als titerbezogenes Verhältnis der Steigung von Kraft zu Weg über einen linearen Messbereich angegeben.
  • Zur Durchführung wird eine konditionierte Faser in einen Klemmbalken waagerecht eingespannt und mit einer Vorrichtung genau auf 5mm Länge abgeschnitten. Der Klemmbalken wird über einen elektrischen Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit nach oben bewegt. Die Faser wird dabei gegen ein Sensorplättchen gedrückt, das an einem Kraftaufnehmer adaptiert ist. Je steifer eine Faser ist, desto höher ist die gemessene Kraft.
  • Aufgrund mangelnder Kalibriermöglichkeiten wird zur Berechnung der Biegesteifigkeit keine effektive Kraft angegeben. Es ist aber möglich, einen relativen Vergleich von Fasern in einem bestimmten Messbereich durchzuführen. Dabei wird die Steigung in einem linearen Messbereich der gemessenen Kraft pro Weg berechnet und auf den Titer der Faser bezogen. Tabelle 2
    Biegesteigung / dtex
    Titer (dtex) Lyocell Viskose
    1,3 0,03
    3,3 0,12 0,06
    5,0 0,11
    6,7 0,22
    13,6 0,52
    17,0 0,31

Claims (7)

  1. Verwendung einer cellulosischen Faser der Gattung Lyocell, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis V der Festigkeit der Faser in konditioniertem Zustand FFk zur Faserdehnung in konditioniertem Zustand Fdk 2,2 oder weniger beträgt und dass der Titer der Faser 6 dtex bis 25 dtex beträgt, in Teppichen, textilen Bodenbelägen, Wandbelägen und/oder Dekormaterialien.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis V 2,0 oder weniger beträgt.
  3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis V 1,8 oder weniger beträgt.
  4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis V zumindest 1 beträgt.
  5. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Titer der Faser 6,5 dtex oder mehr beträgt.
  6. Verwendung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Titer der Faser 12 dtex oder mehr, bevorzugt 15 dtex oder mehr, beträgt.
  7. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser in Form einer Stapelfaser vorliegt.
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